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1、2.6 怠速控制系统的组成与工作原理,怠速控制的功用：一是实现发动机起动后的快速暖机过程；二是自动维持发动机怠速稳定运转，即在保证发动机排放要求且运转稳定的前提下，尽量使发动机的怠速转速保持最低，以降低怠速时的燃油消耗量。怠速控制的实质就是控制怠速时的空气吸入量，所以也将怠速控制系统称为怠速空气控制系统（Idle Air Control system, 简称IAC）。ECU根据发动机工作温度和负载，自动控制怠速工况下的空气供给量，维持发动机以稳定怠速运转。,怠速控制系统,用高怠速实现发动机起动后的快速暖机过程；自动维持发动机怠速在目标转速下稳定运转。,怠速控制也就是对怠速工况下的进气量进行控制
2、。控制基本类型有节气门直动式和旁通空气式。,怠速控制系统,旁通空气式 节气门直动式,旁通空气式 采用这种方式的系统在怠速时节气门完全关闭。 节气门直动式 怠速时，油门踏板虽然完全松开，但节气门并不完全关闭，而是仍通过它提供怠速空气。,怠速控制系统,传感器的功用是检测发动机的运行工况和负载设备的工作状况，ECU则根据各种传感器的输人信号确定一个怠速运转的目标转速，并与实际转速进行比较，根据比较结果控制执行元件工作，以调节进气量，使发动机的怠速转速达到所确定的目标转速。,怠速控制系统,1、冷却液温度信号 2、A/C开关信号3、空挡位置开关信号 4、转速信号5、节气门位置信号 6、车速信号7、执行元
3、件,怠速控制系统,目标怠速是根据诸多因素决定： 当发动机水温较低时，系统给出较高的目标怠速1200转以加速暖车；而对于采用机械风扇的发动机，当发动机冷却液温度过高时，系统也会施以较高的怠速1300转，目的是增加冷却水箱的进风量； 外加负载。空调发生变化时，系统将提高怠速150转； 近光灯开启。为补偿其电力消耗，目标怠速将提升50rpm； 系统电压补偿。当系统电压低于12V时，系统会自动提升目标怠速50转； 车速补偿。车辆在行驶时，目标怠速较停车时提高50转； 减速调节。减速及停车时，逐步递减至停车状态目标怠速。,怠速控制系统,怠速工况的识别在怠速控制系统中，ECU需要根据节气门位置信号和车速信
4、号确认怠速工况，只有在节气门全关、车速为零时，才进行怠速控制。,怠速控制系统,以旁通式怠速控制系统为例，该种怠速控制系统目前主要有两种基本类型：步进电机型（step motor type ） 旋转电磁阀型( rotary solenoid type ),怠速控制系统,步进电机怠速控制阀(4线或6线，不需要快怠速辅助空气阀),步进电机型怠速控制系统,步进电机的转子是用永久磁铁制成的16个磁极。定子是由两个带有16个爪齿状的铁芯交替地装配在一起，每个铁芯上有两组线圈，S1和S2、S3和S4两组线圈的绕线方向相反。转子的旋转方向可以通过改变四个线圈的通电状态来实现，线圈每通电一次，转子约转过11（1
5、/32圈）。,怠速控制系统,结 构：步进电动机型怠速控制阀的结构结构如图所示，步进电机主要由转子和定子组成，丝杠机构将步进电机的旋转运动转变为直线运动，使阀心作轴向移动,改变阀心与阀座之间的间隙。安装在节气门上。步进电动机的结构如图所示，主要由用永久磁铁制成有16个（8对）磁极的转子和两个定子铁心组成 。,）1、控制阀 2、前轴爪 3、后轴承4、密封圈 5、丝杠机构 7、定子6、线束连接器 8、转子,）1、2线圈3爪极46定子5转子,怠速控制系统,工 作 原 理,步进电动机的工作原理工作原理如图，当ECU控制使步进电机的线圈按1-2-3-4顺序依次搭铁时，定子磁场瞬时针转动，由于与转子磁场间的
6、相互作用，使转子随定子磁场同步转动。同理，步进电动机的线圈按相反的顺序通电时，转子则随定子磁场同步反转。定子有32个爪级，步进电动机每转一步为1/32圈，工作范围为0125个步进级。,a）输入脉冲 b）工作过程,ECU通过控制定子相线绕组的电压脉冲，交替变换定子爪极极性，使步进电机转子产生步进式转动。,怠速控制系统,丰田公司步进电机的结构与工作原理,步进电机内的定子由4组相互独立的线圈绕组构成,怠速控制系统,步进电动机型怠速控制阀电路（日本丰田皇冠3.0轿车）如图所示。主继电器触点闭合后，蓄电池电源经主继电器到达怠速控制阀的B1和B2端子、ECU的B和B1端子，B1端子向步进电动机的1、3相两
7、个线圈供电，B2端子向2、4相两个线圈供电。4个线圈的分别通过端子S1、S2、S3和S4与ECU端子ISC1、ISC2、ISC3和ISC4相连，ECU控制各线圈的搭铁回路，以控制怠速控制阀的工作。,当点火开关断开时，主继电器由ECU的M-REL端继续供电2s，保持接通状态。,怠速控制系统,EFI主继电器触点闭合后，蓄电池电源经主继电器到达怠步进电机的Bl和B2端子、ECU的+B和+B1端子，B1端子向步进电动机的Cl-C3相两个线圈供电，B2端子向C2-C4相两个线圈供电。4个线圈的分别通过端子Sl、S2、S3和S4与ECU端子ISCl、ISC2、ISC3和ISC4相连，ECU控制各线圈的搭铁
8、回路，以控制怠速控制阀的工作。当ECU控制使步进电动机的电磁线圈C1、C2、C3、C4按l234顺序通过晶体管依次搭铁时，定子磁场顺时针转动，由于与转子磁场间的相互作用(同性相斥，异性相吸)，吸拉转子转动。同理，如果按C4、C3、C2、C1的顺序依次搭铁，步进电动机的线圈按相反的顺序通电，转子则随定子磁场同步反转。一台实际的步进电机将利用四组电磁线圈，使转子永久磁铁旋转一圈具有32步,怠速控制系统,丰田公司步进电机的检测方法,1、拆下怠速控制阀，用万用表档测量怠速控制阀线圈的电阻值。步进电动机式怠速控制阀通常有2-4组线圈，各组线圈的电阻值为10-30。如线圈电阻值不在上述范围内，应更换怠速控
9、制阀。,步进电机型怠速控制阀线圈电阻的检测,怠速控制系统,a）接蓄电池正极 b）接蓄电池负极,（1）拆下控制阀线束连接器，点火开关置“ON”，不起动发动机，分别检测B1和B2与搭铁间的电压，为蓄电池电压； （2）发动发动机后在熄火。23s内在怠速控制阀附近应能听到内部发出的“嗡嗡”响声； （3）拆下怠速电磁阀，将蓄电池正极接至B1和B2端子，负极按顺序依次接通S1S2S3S4端子时，随步进电动机的旋转，控制阀应向外伸出，如图；若负极按反方向接通S4S3S2S1端子，则控制阀应向内缩回。,怠速控制系统,起动初始位置的设定 起动控制暖机控制怠速稳定控制怠速预测控制电器负荷增多时的怠速控制学习控制,
10、控制阀的控制内容,怠速控制系统,起动初始位置的设定 为了改善发动机的起动性能，关闭点火开关使发动机熄火后，ECU的MREL端子向主继电器线圈供电延续约23s。在这段时间内，蓄电池继续给ECU和步进电动机供电，ECU使怠速控制阀回到起动初始(全开)位置。待步进电动机回到起动初始位置后，主继电器线圈断电。蓄电池停止给ECU和步进电动机供电，怠速控制阀保持全开不变，为下次起动作好准备,怠速控制系统,步进电机起动初始位置的设定和起动后控制,起动后控制发动机起动时，由于怠速控制阀预先设定在全开位置，在起动期间经怠速空气道可供给最大的空气量，有利于发动机起动：但怠速控制阀如果始终保持在全开位置，发动机起动
11、后的怠速转速就会过高，所以在起动期间ECU根据冷却液温度的高低控制步进电动机，调节控制阀的开度，使之达到起动后暖机控制的最佳位置，此位置随冷却液温度的升高而减小，控制特性(步进电动机的步数与冷却液温度的关系曲线)存储在ECU内。,怠速控制系统,暖机控制：又称快怠速控制，在暖机过程中，ECU根据冷却液温度信号按内存的控制特性控制怠速控制阀开度，随着温度上升，怠速控制阀开度逐渐减小。当冷却液温度达到70时，暖机控制过程结束。,怠速控制系统,怠速稳定控制:又在怠速运转时，ECU将接收到的转速信号与确定的目标转速进行比较，其差值超过一定值(一般为20r/min)时，ECU将通过步进电动机控制怠速控制阀
12、，调节怠速空气供给量，使发动机的实际转速与目标转速相同。怠速稳定控制又称反馈控制。,怠速控制系统,怠速预测控制发动机在怠速运转时，如变速器挡位、动力转向、空调工作状态的变化都将使发动机的转速发生可以预见的变化。为了避免发动机怠速转速波动或熄火，在发动机负荷出现变化时，不待发动机转速变化，ECU就会根据各负载设备开关信号(A/C开关等)，通过步进电动机提前调节怠速控制阀的开度。,怠速控制系统,电气负载增多时的怠速控制在怠速运转时，如使用的电器负载增大到一定程度，蓄电池电、压就会降低。为了保证电控系统正常的供电电压，ECU根据蓄电池电压调节怠速控制阀的开度，提高发动机的怠速转速，以提高发电动机的输
13、出功率。,怠速控制系统,学习控制在ECU的存储单元中，存储着怠速控制阀的步数与发动机怠转速的对应表。但发动机使用过程中，由于磨损等原因会导致怠速控制阀的步数与发动机怠转速的对应关系发生改变。在此情况下，ECU利用反馈控制功能使怠速转速回归到目标值的同时，还可将对应的实际步数存储在ROM存储器中，以便在此后的怠速控制过程中使用。ECU会定期更新怠速控制阀步数与发动机转数对应的数据表，以便让能让怠速控制系统更快地达到目标转速。,怠速控制系统,旋转电磁阀型怠速控制阀（三线，有的需要快怠速辅助空气阀）,旋转电磁阀型怠速控制阀有双驱动和单驱动两种。1.双驱动型旋转电磁阀怠速控制阀的结构和工作原理：,双驱
14、动型旋转电磁阀型怠速控制阀的结构,怠速控制系统,结构如下图，ECU控制两个线圈的通电或断开，改变两个线圈产生的磁场，两线圈产生的磁场与永久磁铁形成的磁场相互作用，可改变控制阀的位置，从而调节怠速空气口的开度，以实现怠速控制。,结构图位置图原理图,1、控制阀 2、双金属片 3、冷却液腔 4、阀体 5、7、线圈6、永久磁铁 8、阀轴 9、怠速空气口 10、固定销 11、挡块12、阀轴限位杆,怠速控制系统,ECU控制旋转电磁阀型怠速控制阀工作时，控制阀的开度是通过控制两个线圈的平均通电时间（占空比）来实现的。,线圈T1发生断路时，怠速会过低或不稳；线圈t2发生断路，怠速会过高。,维修提示,怠速控制系
15、统,双驱动旋转电磁阀型怠速控制阀的工作原理,占空比概念,两个线圈通电后产生的磁场同极相对，共同对转轴上磁铁产生作用力。A的磁场使转阀开度增大，B的磁场使转阀开度减小。,怠速控制系统,（1）拆下控制阀线束连接器，点火开关置“ON”，不起动发动机，分别检测电源端子与搭铁间的电压，为蓄电池电压； （2）发动机达到正常工作温度、变速器处于空挡位置时，使发动机维持怠速运转，用专用短接线接故障诊断座上的TE1与E1端子，发动机转速应保持在10001200r/min，5s后转速下降约为200 r/min。 （3）拆下怠速控制阀上的三端子线束连接器，在控制阀侧分别测量中间端子（B）与两侧端子（ISC1和ISC
16、2）的电阻应为18.8 22.8。,2.单驱动型旋转电磁阀型怠速控制阀的结构和工作原理：,怠速控制系统,单驱动型旋转电磁阀型怠速控制阀的结构,怠速控制系统,工作原理：控制阀的开度取决于线圈产生的电磁力大小，与旋转阀型怠速控制阀相同，ECU是通过控制输入线圈脉冲信号的占空比来控制电场强度，以调节控制阀的开度，从而实现怠速空气量的控制。,怠速控制系统,旋转电磁阀的控制模式 五种控制模式：起动控制暖机控制反馈控制负荷调整控制学习控制,怠速控制系统,由于旁通气量少，为此需要快怠速控制辅助控制发动机暖机过程的空气量。,快怠速控制阀 1冷却水腔2石蜡感温器3控制阀4、5弹簧,怠速控制系统,拆下控制阀线束连
17、接器，点火开关置“ON”，不起动发动机，分别检测电源端子与搭铁间的电压，为蓄电池电压；拆下怠速控制饭上的两端子线束连接器，在控制阀侧分别测量两端子之间电阻应为1015。,小结,目前，电控发动机的怠速控制系统有哪些功能？哪些情况下需要快怠速？怠速控制的原理,1、启动后暖机2、使用空调3、使用动力转向4、蓄电池电压低,一是实现发动机起动后的快速暖机过程；二是自动维持发动机怠速在目标转速下稳定运转。,根据冷却温度传感器、空调、动力转向等开关信号，从存储器中找到相应的目标转速，然后将目标转速与发动机实际转速进行比较，确定转速差值。再通过怠速控制执行元件（怠速控制阀）改变进入发动机的进气量，使实际转速达到目标转速。,
